CN109801844A - 一种金属刻槽方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属刻槽方法，包括以下步骤：S1、使用光刻胶作为掩膜，利用刻蚀气体在金属表面刻蚀，形成槽；S2、利用氧化气体对槽壁和槽底的金属进行氧化，形成金属氧化物；S3、利用刻蚀气体对槽底的金属氧化物进行刻蚀，去除所述槽底的金属氧化物，保留槽壁的金属氧化物；S4、重复步骤S2和S3，直到刻槽深度达到要求为止。本发明通过循环次数来控制刻蚀深度，利用电感耦合等离子刻蚀机（ICP）刻蚀材料时是各向异性的特点，侧壁的刻蚀作用低于Bias方向。因此在刻蚀时，底部的金属氧化物被受到较强的轰击作用，很容易被刻蚀掉，而对侧壁的金属氧化物刻蚀作用非常小。故，侧壁的金属氧化物得以保留，防止内部的金属被刻蚀，从而能够控制线宽。
Description
技术领域
本发明涉及铝的刻蚀，特别是一种减少金属刻蚀侧腐的方法。
背景技术
金属层的干法刻蚀工艺是广泛应用于半导体技术领域的一种基本工艺。以率层的干法刻蚀为例，由于AlCl3(三氯化铝)在真空下的沸点约为50℃，具有挥发性，因此一般刻蚀铝层采用的是Cl2(氯气)。通过将Cl2气体通过刻蚀的反应腔室中，将反应强室内的各项工艺参数(如压力、温度、上下电极射频功率、气体流量等)调整至刻蚀所需的值，使Cl2与Al反应生成可挥发的AlCl3，形成对Al层的刻蚀。
但是由于Al层的刻蚀在Cl2的参与下极易进行，刻蚀速率较快，造成无法对Al层进行精细的刻蚀。
为此中国发明专利申请CN 106548936 A公开了一种金属层的刻蚀方法，首先将待刻蚀的金属层的表面氧化成金属氧化物，然后刻蚀去除该金属氧化物，使金属层的厚度减薄，通过循环执行前述过程，达到逐步刻蚀金属层，使金属层的厚度逐步减薄至所需的厚度的目的。相比现有技术，该方案能够对金属层进行较精细的刻蚀，提高了刻蚀后金属层表面的平滑的均匀度。
虽然上述方案可以实现对金属层的精细刻蚀，然而该方案直接应用于刻槽时，具有一定局限性。当金属氧化物被去除后，再次对金属进行氧化时，槽壁的金属会被氧化，多次循环后，导致侧腐，无法保证刻槽的精度。
发明内容
本发明的目的在于：克服上述现有技术的缺陷，提出一种金属刻槽方法。
为了达到上述目的，本发明提出的一种金属刻槽方法，包括以下步骤：
S1、使用光刻胶作为掩膜，利用刻蚀气体在金属表面刻蚀，形成槽；
S2、利用氧化气体对槽壁和槽底的金属进行氧化，形成金属氧化物；
S3、利用刻蚀气体对槽底的金属氧化物进行刻蚀，去除所述槽底的金属氧化物，保留槽壁的金属氧化物；
S4、重复步骤S2和S3，直到刻槽深度达到要求为止。
本发明还具有以下进一步的特征：
1、步骤S3中，刻蚀槽底的金属氧化物后继续对槽底露出的金属进行刻蚀。
2、所述氧化气体为O2，刻蚀气体为Cl2或BCl3，或两者的混合。
3、步骤S3中，使用电感耦合等离子刻蚀机对金属氧化物进行刻蚀。
4、步骤S2中，氧化的工艺条件是：氧气流量为70-100sccm，等离子刻蚀机的输出功率为80-120W，等离子刻蚀机反应腔的偏压功率为40-60W，等离子刻蚀机反应腔的气压为40-60mtorr，氧化时间为10-20s；步骤S3中，刻蚀的工艺条件是：Cl2的气体流量为15-40sccm，BCl3的气体流量为90-100sccm，等离子刻蚀机的输出功率为400-600W，等离子刻蚀机反应腔的偏压功率为40-60W，等离子刻蚀机反应腔的气压为10-20mtorr，刻蚀时间为30-60s。
5、步骤S3进行时，向等离子刻蚀机反应腔内通入侧壁保护剂，所述侧壁保护剂为N2、CHF3或CH4中的一种或其混合。
本发明是一种循环刻蚀方法，刻蚀时间相对固定，通过循环次数来控制刻蚀深度。理论上，单次循环刻蚀时间越短越好，侧壁氧化层的保护作用会增强，确保每次刻蚀，侧壁的氧化层能够被保留。电感耦合等离子刻蚀机(ICP)刻蚀材料时是各向异性的，侧壁的刻蚀作用低于Bias方向。因此在刻蚀时，底部的金属氧化物被受到较强的轰击作用，很容易被刻蚀掉，而对侧壁的金属氧化物刻蚀作用非常小。故，侧壁的金属氧化物得以保留，防止内部的金属被刻蚀，从而能够控制线宽。
本发明的核心在于使用反应离子刻蚀进行刻蚀的情况下，控制刻蚀与氧化工艺参数，使得侧腐能够被很好的控制。如果氧化时间过长，导致刻蚀速率非常慢，甚至刻不动，而且刻蚀速率非常不稳定；刻蚀时间过长，则侧壁的氧化层无法保护侧壁内的金属，造成严重侧腐。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明金属刻槽方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
本发明以在金属铝上刻槽为例，对本发明金属刻槽方法进行详细说明。如图1所示，本发明发明金属刻槽方法的工艺包括以下步骤：
S1、使用光刻胶(KMP3200)作为掩膜，利用刻蚀气体Cl2与BCl3的混合气体在金属Al表面刻蚀，形成槽。
刻蚀的工艺条件是：Cl2的气体流量为15-40sccm，BCl3的气体流量为90-100sccm，等离子刻蚀机的输出功率为400-600W，等离子刻蚀机反应腔的偏压功率为40-60W，等离子刻蚀机反应腔的气压为10-20mtorr，刻蚀时间为30-60s。
S2、利用氧化气体O2对槽壁和槽底的金属Al进行氧化，形成金属氧化物Al2O3。
本步骤在电感耦合等离子刻蚀机中进行处理。氧化的工艺条件是：氧气流量为70-100sccm，等离子刻蚀机的输出功率为80-120W，等离子刻蚀机反应腔的偏压功率为40-60W，等离子刻蚀机反应腔的气压为40-60mtorr，氧化时间为10-20s。
S3、利用刻蚀气体对槽底的金属氧化物进行刻蚀，去除所述槽底的金属氧化物，保留槽壁的金属氧化物。本步骤中所用刻蚀气体为Cl2或BCl3，或两者的混合。本发明实施例优选Cl2与BCl3的混合气体。
本步骤也是在电感耦合等离子刻蚀机中进行处理。刻蚀的工艺条件是：Cl2的气体流量为15-40sccm，BCl3的气体流量为90-100sccm，等离子刻蚀机的输出功率为400-600W，等离子刻蚀机反应腔的偏压功率为40-60W，等离子刻蚀机反应腔的气压为10-20mtorr，刻蚀时间为30-60s。
为了保护侧壁，防止被过渡刻蚀，步骤S3进行时，向等离子刻蚀机反应腔内通入侧壁保护剂，侧壁保护剂为N2、CHF3或CH4中的一种或其混合。侧壁保护剂通入的流量范围为4-20sccm。
S4、重复步骤S2和S3，直到刻槽深度达到要求为止。每次步骤S3完成后，在腔体内进行CF4等离子体处理，置换腔体内刻蚀气体。步骤S2和步骤S3交替执行的间隙，使用惰性气体对金属槽进行吹扫。
S5、刻槽结束后，去除金属表面的光刻胶，并清洗。本步骤中，标准去胶流程结束后，将器件浸泡在EKC270溶液(刻蚀后残余物去除液)，温度为70-75℃，时间为5-30min。
步骤S2中氧化工艺条件和步骤S3的刻蚀工艺条件为本发明方法的关键所在，下面列出5组实验数据。
本发明列出了上述5组数据实验数据，实施例1和实施例2，刻槽的线条弯曲，侧腐严重，均一性差。而实施例3至实施例5，刻槽的线条较直，侧腐较少。
可见，步骤S2中，氧化的工艺条件是：氧气流量为70-100sccm，等离子刻蚀机的输出功率为80-120W，等离子刻蚀机反应腔的偏压功率为40-60W，等离子刻蚀机反应腔的气压为40-60mtorr，氧化时间为10-20s；步骤S3中，刻蚀的工艺条件是：Cl2的气体流量为15-40sccm，BCl3的气体流量为90-100sccm，等离子刻蚀机的输出功率为400-600W，等离子刻蚀机反应腔的偏压功率为40-60W，等离子刻蚀机反应腔的气压为10-20mtorr，刻蚀时间为30-60s。
通过上述工艺参数进行金属刻槽，其槽壁腐蚀能够得到有效，提高了器件精度。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种金属刻槽方法，包括以下步骤：
S1、使用光刻胶作为掩膜，利用刻蚀气体在金属表面刻蚀，形成槽；
S2、利用氧化气体对槽壁和槽底的金属进行氧化，形成金属氧化物；
S3、利用刻蚀气体对槽底的金属氧化物进行刻蚀，去除所述槽底的金属氧化物，保留槽壁的金属氧化物；
S4、重复步骤S2和S3，直到刻槽深度达到要求为止。
2.根据权利要求1所述的金属刻槽方法，其特征在于：步骤S3中，刻蚀槽底的金属氧化物后继续对槽底露出的金属进行刻蚀。
3.根据权利要求1所述的金属刻槽方法，其特征在于：所述氧化气体为O2，刻蚀气体为Cl2或BCl3，或两者的混合。
4.根据权利要求1所述的金属刻槽方法，其特征在于：步骤S2和步骤S3中，使用电感耦合等离子刻蚀机对金属进行氧化和刻蚀。
5.根据权利要求4所述的金属刻槽方法，其特征在于：步骤S2中，氧化的工艺条件是：氧气流量为70-100sccm，等离子刻蚀机的输出功率为80-120W，等离子刻蚀机反应腔的偏压功率为40-60W，等离子刻蚀机反应腔的气压为40-60mtorr，氧化时间为10-20s；步骤S3中，刻蚀的工艺条件是：Cl2的气体流量为15-40sccm，BCl3的气体流量为90-100sccm，等离子刻蚀机的输出功率为400-600W，等离子刻蚀机反应腔的偏压功率为40-60W，等离子刻蚀机反应腔的气压为10-20mtorr，刻蚀时间为30-60s。
6.根据权利要求5所述的金属刻槽方法，其特征在于：步骤S3完成后，在腔体内进行CF4等离子体处理，置换腔体内刻蚀气体。
7.根据权利要求5所述的金属刻槽方法，其特征在于：步骤S2和步骤S3交替执行的间隙，使用惰性气体对金属槽进行吹扫。
8.根据权利要求5所述的金属刻槽方法，其特征在于：步骤S3进行时，向等离子刻蚀机反应腔内通入侧壁保护剂，所述侧壁保护剂为N2、CHF3或CH4中的一种或其混合。
9.根据权利要求7所述的金属刻槽方法，其特征在于：刻槽结束后，去除金属表面的光刻胶，并清洗。
10.根据权利要求1所述的金属刻槽方法，其特征在于：所述金属为Al。
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112600530A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-04-02 | 景苏鹏 | 一种厚膜声表面波滤波器干法刻蚀工艺方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9130158B1 (en) * | 2014-03-27 | 2015-09-08 | Lam Research Corporation | Method to etch non-volatile metal materials |
| CN106548936A (zh) * | 2015-09-23 | 2017-03-29 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | 一种金属层的刻蚀方法 |
| CN106783584A (zh) * | 2015-11-19 | 2017-05-31 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | 衬底刻蚀方法 |
| CN108352316A (zh) * | 2015-11-10 | 2018-07-31 | 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 | 蚀刻反应物及使用其的无等离子体的氧化物蚀刻方法 |
-
2019
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9130158B1 (en) * | 2014-03-27 | 2015-09-08 | Lam Research Corporation | Method to etch non-volatile metal materials |
| CN106548936A (zh) * | 2015-09-23 | 2017-03-29 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | 一种金属层的刻蚀方法 |
| CN108352316A (zh) * | 2015-11-10 | 2018-07-31 | 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 | 蚀刻反应物及使用其的无等离子体的氧化物蚀刻方法 |
| CN106783584A (zh) * | 2015-11-19 | 2017-05-31 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | 衬底刻蚀方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 阮勇，尤政编著: "硅MEMS工艺与设备基础", pages: 211 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112600530A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-04-02 | 景苏鹏 | 一种厚膜声表面波滤波器干法刻蚀工艺方法 |
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